Инновации в организации планирования работ по
геологической разведке, оценке эксплуатационных
запасов, проектированию и строительству
водозаборов подземных вод
Анатолий Гуринович
Белостоцкий технологический университет, Факультет строительства и инженерной экологии, Кафедра систем инженерной экологии e-mail: gurik@bk.ruЕкатерина Сычева
Варшавский технологический университет, Факультет инженерной экологии, Кафедра водоснабжения и водоотведения e-mail: vesnyshka_1987@mail.ru DOI: 10.12846/j.em.2014.04.20Аннотация
Приведен анализ действующей в настоящее время организации работ по геоло-гической разведке, оценке и переоценке эксплуатационных запасов подземных вод, проектирования и строительства крупных водозаборов, которая базируется на раз-работках 70-80 годов прошлого столетия. Предлагаются новые принципы по органи-зации комплекса работ по изысканию (разведке), планированию, проектированию и строительству водозаборов, а также по реконструкции и (или) расширению водоза-боров.Ключевые слова
oценка, эксплуатационные запасы, разведка, проектированиеВведение
Действующие в Беларуси и Польше технические нормативно-правовые акты (далее ТНПА) в области использования и охраны подземных вод носят прак-тически одинаковый характер. Базируются ТНПА на исследованиях и разра-ботках по оценке эксплуатационных запасов подземных вод, выполненных учеными-гидрогеологами (Бочевер, Веригин, 1966). Указанное обстоятельство диктует необходимость проведения анализа соответствия данных разработок современным требованиям (Боревский, 2012). Необходимо также совершен-ствование организации работ по планированию развития систем водоснабже-ния с подземными водоисточниками и связанных с ними ТНПА (Гуринович, 2001; Dąbrowski, 2004).1. Анализ работ по оценке эксплуатационных запасов подземных вод
При оценке эксплуатационных запасов подземных вод проводятся прогнозные расчеты производительности водозабора и снижения уровня на расчетный срок эксплуатации – 10000 суток. Под этим подразумевается, что уровень воды в водоносном пласте снизится до критического, ниже которого забор воды бу-дет невозможен. Расчеты производятся в зависимости от гидрогеологических условий по формулам либо с использованием компьютерных программ, моде-лирующих процессы фильтрации в водоносном пласте. Проведенные исследо-вания действующих водозаборов подземных вод показали, что прогнозные расчеты не соответствуют фактическим данным. Так, к примеру, в Беларуси в 2013 году по 180 водозаборам истекли расчетные сроки, однако уровни воды в водозаборах оказались значительно меньше расчетных. Это свидетельствует о невысокой достоверности гидрогеологических данных (Hurynovich, Lorenc 2013). На рис. 1 приведены обобщенные графики, иллюстрирующие возможные ситуации с эксплуатационными запасами подземных вод: Первая ситуация (рис. 1, график 2Q и 2S): прогнозные расчеты практиче-ски соответствуют фактическому водоотбору и снижению уровня воды. В этом случае необходимо до момента наступления расчетного срока эксплуатацииАнатолий Гуринович, Екатерина Сычева 1Q и 5Q - утвержденные эксплуатационные запасы по категориям A+B+C соответственно до и после пере-оценки; 2 Q и 2 s соответственно: утвержденные эксплуатационные запасы по категориям A+B и расчетное снижение уровня воды; 3 Q и 3 s соответственно: забор подземных вод и снижение уровня воды при росте водопотребления; 4 Q и 4 s соответственно: забор подземных вод и снижение уровня воды при уменьшении водопотребления; 6 Q и 6 s соответственно: забор подземных вод и снижение уровня воды при уменьшении водопотребления; 7 Q и 7 s соответственно: забор подземных вод и снижение уровня воды при уменьше-нии; 8 Q и 8 s соответственно: забор подземных вод и снижение уровня воды при уменьшении. Рис. 1. Графики относительных расходов и снижения уровней месторождений подземных вод Источник: собственная разработка. Вторая ситуация (типичная), (рис. 1, график 2Q, 4Q и 4S): водоотбор меньше или равен утвержденным эксплуатационным запасам подземных вод по промышленным категориям А+В, а снижение уровня воды значительно выше расчетного. В этом случае по данным эксплуатационной разведки и мо-ниторинга необходимо провести расчеты по уточнению эксплуатационных за-пасов подземных вод с учетом фактического водоотбора и снижения уровня (рис. 1, график 8Q и 8S) или с возможностью увеличения эксплуатационных запасов (рис. 1, график 7Qи 7S) в последующие периоды. Третья ситуация (рис. 1, график 3Qи 3S): в связи с интенсивным водоотбором в результате возросшего водопотребления, превышающим утверждённые эксплуа-тационные запасы, снижение уровня воды в месторождении произойдет ранее, чем
установлено расчетом (10000 сут.). Указанное обстоятельство должно прогнозиро-ваться на стадии мониторинга подземных вод с целью принятия соответствующих мероприятий по устранению возможных экологических и социальных послед-ствий, как и в первой ситуации.
2. Организация работ по разведке, проектированию и строительству
водозаборов
Сложившиеся в Беларуси вышеописанные ситуации с подземными водозабо-рами обусловили необходимость проведения отдельных работ по переоценке эксплуатационных запасов подземных вод. При этом в основе работ по пере-оценке лежат устаревшие методики и подходы в организации их проведения (Гуринович, 2004). На рис. 2 приведен в виде структурной схемы действую-щий порядок этапов организации работ по разведке, проектированию и строи-тельству водозаборов. Для существующих этапов организации работ по разведке, проектирова-нию и строительству водозаборов характерны следующие недостатки: • разведочные работы и расчеты по оценке и переоценке эксплуатацион-ных запасов подземэксплуатацион-ных вод производятся без учета требований опти-мального проектирования, строительства и эксплуатации водозабора на разведываемом месторождении; • отсутствует технико-экономическое обоснование схемы водозабора (количество скважин, расстояние между ними, плановое расположе-ние); • не учитываются технические факторы (конструкция скважины, размер, тип и конструкция фильтра, методы бурения, тип водоподъемного обо-рудования, необходимости сооружений водоподготовкии); • не учитываются экологические ограничения и ограничения, которые накладываются на схему водозабора в конкретных условиях (лесопо-садки, дороги, населенные пункты, газопровод).Анатолий Гуринович, Екатерина Сычева Рис. 2. Действующий порядок этапов организации работ по разведке, проектированию и стро-ительству водозаборов Источник: собственная разработка. Кроме того, действующие ТНПА в области недропользования содержат некоторые положения геологического характера несвойственные для подзем-ных вод. Так, к примеру, понятия «горный отвод», «границы месторождений полезных ископаемых» ни в коей мере не могут относиться к водозаборным сооружениям. Особо следует выделить экономическую сторону оценки работ по раз-ведке, оценке и переоценке эксплуатационных запасов подземных вод. В
ка-кую статью затрат следует отнести стоимость работ по разведке, оценке, пере-оценке запасов подземных вод, по составлению актов горного отвода и др. От-сутствует также понятия «стоимость месторождений подземных вод», кото-рые существуют в практике добычи нефти и газа. Одной из задач действующей в Беларуси системы мониторинга подземных вод должна быть постоянная ежегодная корректировка параметров месторождений подземных вод. По данным мониторинга необходимо производить анализ сложив-шейся водохозяйственной и экологической обстановки, а также уточнение эксплу-атационных запасов по категориям А и В. Отсутствие технико-экономических обоснований (ТЭО) инвестиций при планировании строительства новых или реконструкции (развитии) водозабо-ров подземных вод может наносить существенный экономический ущерб. Применяемые же в настоящее время устаревшие методы расчета экономиче-ской эффективности, действующие при плановой экономике, не отвечают со-временным требованиям экономики в части учета процессов инфляции, роста стоимости энергетических и материальных ресурсов, заработной платы, ухуд-шении экологической обстановки. Оценка эффективности инвестиционных проектов должна базироваться на современных методах расчета таких показа-телей эффективности инвестиций как: срок окупаемости, индекс рентабельно-сти (IR), чистый приведенный эффект (NPV), внутренняя норма доходнорентабельно-сти (IRR),стоимость жизненного цикла LCC (Syczewa, 2013, с. 68). Кроме того, все расчеты на этапе оценки и переоценки подземных вод проводятся без доста-точной инженерной проработки различных вариантов строительства будущего водозабора.
3. Предлагаемая методика по комплексной организации работ по
планированию строительства водозаборов подземных вод
Предлагаемая схема организации работ по планированию работ по разведке, проектированию, строительству новых водозаборов подземных вод представ-лена на рис. 3.Анатолий Гуринович, Екатерина Сычева Рис. 3. Предлагаемая методика по организации комплекса работ по изысканию (разведке), пла-нированию, проектированию и строительству водозаборов Источник: собственная разработка. Основные требования, которые должна соблюдаться на каждом этапе ор-ганизации работ, следующие: • водозабор подземных вод должен быть оптимальным в технико-эконо-мическом и геологическом отношении; • понижение уровней подземных вод в водозаборных скважинах на ко-нечный срок эксплуатации не должно превышать критической вели-чины, определяемой по гидрогеологическим и экологическим усло-виям; • водозабор должен рассчитываться на определенный срок непрерывной работы при заданной производительности;
• качество воды в течение всего срока работы водозабора должно отве-чать нормативамдля питьевого водоснабжения. При проектировании скважинных водозаборов необходимо учитывать реше-ния, принятые в утвержденной градостроительной документации - региональных планах, генеральных планах поселений и территорий, детальных планах части по-селений, промышленных и других функциональных зон (Pongkijvorasin, 2010). Кроме этого, необходимо учитывать условия, изложенные в программах и гене-ральных схемах комплексного использования и охраны водных ресурсов в целом (Wada, 2010). Проектирование новых и расширение существующих водозаборов осу-ществляется при наличии решения соответствующего органа исполнительной власти о предварительном согласовании места размещения. При выборе места расположения водозаборов подземных вод должны учитываться: особенности гидрогеологических условий; санитарные требования, исключающие загряз-нение подземных вод; экономические требования, обеспечивающие макси-мальное приближение водозаборных скважин к потребителю и компактное их размещение в пределах скважинного водозабора; геологические и гидрогеоло-гические требования с учетом допустимого взаимодействия проектируемых скважин с действующими; условия рельефа местности, исключающие затоп-ление водозабора паводковыми водами. При проектировании водозаборов подземных вод должен учитываться прогноз изменения гидрогеологических и других природных условий. В отли-чие от поверхностных водных источников признаки загрязнения и истощения подземных вод обнаруживаются значительно медленнее, спустя продолжи-тельное время. В условиях эксплуатации водозаборов нередко наблюдается ухудшение состава отбираемой воды, поэтому при разведочных работах и проектирова-нии водозаборов подземных вод необходимо ориентироваться не только на по-казатели качества воды, определенные на участке водозабора в период изыс-каний, но и на данные прогноза возможного изменения качества воды во вре-мени. Это особенно важно для районов с неоднородным химическим составом подземных вод, а также для районов с наибольшей вероятностью загрязнения подземных вод. Прогноз качества воды во времени необходим для определения
оптималь-Анатолий Гуринович, Екатерина Сычева Рис. 4. Предлагаемая методика по организации комплекса работ по реконструкции и (или) расширению водозаборов Источник: собственная разработка. К комплексным задачам проектирования скважинных водозаборов можно от-нести следующие: • выбор и обоснование места размещения водозабора; • выбор типа, состава и схемы размещения элементов системы водоснаб-жения объекта; • выбор наиболее рациональных методов выполнения работ по сооруже-нию водозабора; • расчет производительности и понижений уровня подземных вод на начальный и конечный сроки эксплуатации водозабора; • расчет зоны влияния проектируемого водозабора и взаимодействия с ближайшими проектируемыми и существующими водозаборами; • оценка влияния водозабора на окружающую природную среду и разра-ботка природоохранных мероприятий;
• оценка и прогноз качества подземных вод и при необходимости разра-ботка проектов сооружений водоподготовки для питьевых целей очистке и подготовке подземных вод; • расчет зон санитарной охраны (ЗСО) и разработка мероприятий по за-щите подземных вод от загрязнения и истощения; • разработка технических регламентов эксплуатации и ремонта и техни-ческого обслуживание скважин водозабор (Syczewa, 2013). На рис. 4 представлена этапы организации работ по реконструкции (рас-ширению) действующих водозаборов подземных вод. Предлагается создание постоянно-действующей математической модели водозабора.
4. Поэтапное развитие скважинного водозабора подземных вод
В связи с тем, что гидрогеологические параметры водозабора при оценке запа-сов подземных вод, как правило, завышены и требуют уточнения на стадии эксплуатации водозабора, а на начальной стадии ввода в эксплуатацию не тре-буется производительность, предлагается производить оценку эксплуатацион-ных запасов и проектировать водозабор с учетом его поэтапного развития на сроки, кратные 10, 20, 30 годам при заданном общем водоотборе (Гуринович, 2004, с. 103). Поэтапное развитие водозабора с изменением его размеров и ре-жимов работы во времени позволяет значительно сократить затраты на его строительство и эксплуатацию и более обоснованно производить после каж-дого последующего этапа эксплуатации расчет изменения производительно-сти водозабора (переоценку запасов подземных вод). Расчетная зависимость понижений от дебитов скважин для неустановив-шегося режима и напорной фильтрации в соответствии с формулой Тейса для различных периодов будет иметь вид 1. (1)
l
l
Q t t a r Ei Q t t a r Ei Q km S p ij n ij p n i i p p i i p i p i p i
2 1 2 1 1 1 1 2 1 1 1 4 4 4 1
Анатолий Гуринович, Екатерина Сычева – Q i – дебит i-ой скважины - го периода, м3/сут.; – ri – радиус i-ой скважины, м; – km – водопроводимость пласта, м/сут,; – a – коэффициент пьезопроводности, м2/сут.; – t – продолжительность - го периода, сут.; – Q j – дебиты взаимодействующих скважин работающих в - ый период, м3/сут.; – lij – расстояния до взаимодействующих скважин, м; – р – количество периодов; – n – количество скважин; – Ei– интегральная показательная функция. На рисунке 5 представлена схема изменения параметров водозабора по ме-тодике поэтапного ввода в эксплуатацию. Рис. 5. Схема поэтапного развития скважинного водозабора подземных вод Источник: собственная разработка.
Резюме
Существующая система планирования организации работ по геологической разведке, оценке эксплуатационных запасов, проектированию и строительству водозаборов подземных вод не отвечает современных требованиям в части их оптимизации. Предлагаемые методики позволяют сократитьсроки выполнения всего комплекса работ от разведки до эксплуатации водозаборов подземных вод и снизить стоимость инвестиций и эксплуатационные затраты с учетом вре-менного фактора. Внедрение методологии поэтапного развития скважинного водозабора подземных вод на водозаборе г. Минска позволила сократить на 1,2 млн. дол-ларов расходы на строительство и на 30% снизить эксплуатационные затраты. Список литературы 1. Бочевер Ф. М., Веригин Н. Н. (1961), Методическое пособие по расчетам эксплуа-тационных запасов подземных вод для водоснабжения, Госстройиздат 2. Боревский Б.В., Язвин А.Л. (2012), Новые принципы методики оценки эксплуата-цион- ных запасов подземных вод в районах их интенсивной эксплуатации, Раз-ведка и охрана недр 11, с. 3-13 3. Гуринович А. Д. (2001), Питьевое водоснабжение из подземных источников: про-блемы и решения, Технопринт, Минск4. Hurynovich A., Lorenc B. (2013), Analiza efektywności eksploatacji ujęć wód pod-ziemnych, Polish Division, Journal of the European Association of Environmental and Resource Economists, с. 85-89
5. Гуринович А.Д. (2004), Системы питьевого водоснабжения с водозаборными скважинами, Технопринт, Минск
6. Dąbrowski S., Górski J., Kapuściński J., Przybyłek J., Szczepański A. (2004), Metodyka określania zasobów eksploatacyjnych ujęć zwykłych wód podziemnych. Poradnik metodyczny, Wydawnictwo Medyczne Borgis, Warszawa
7. Syczewa E., Hurynovich A. (2013), The methodology in estimation of cost of life cycle of deep wells of underground waters intakes, Polish Division, Journal of the European
Анатолий Гуринович, Екатерина Сычева
9. Pongkijvorasin S., Roumasset, J., Duarte T.K., Burnett K. (2010), Renewable resource management with stock externalities: Coastal aquifers and submarine groundwater dis-charge, Resource and Energy Economics 32, с. 277-291
10. Wada C.A. (2010), Optimal and Sustainable Groundwater Management: Multiple Aq-uifers, Watershed Conservation, and Water Recycling. Ph.D dissertation, Department of Economics, University of Hawaii at Manoa
Innovations in planning works on the geological
exploration, evaluation of operational stocks,
design and construction of groundwater intakes
Abstract
The subject of the investigation is the analysis of the existing organizational activities in geological exploration, appraisal and revaluation of groundwater storage, design and con-struction of large water intakes. The body of knowledge on these issues has developed for 70-80 years of the last century. New principles in organization activities on research (explo-ration), planning, design and construction of water intakes, and reconstruction and (or) ex-tension of water intakes are proposed in the paper.
Keywords
water intakes, appraisal, revaluation, exploration
Author information
Anatoliy GurinovichBialystok University of Technology Wiejska 45a, 15-351 Białystok, Poland e-mail: gurik@bk.ru
Yekaterina Sycheva
Warsaw University of Technology Pl. Politechniki 1, 00-661 Warsaw, Poland e-mail: vesnyshka_1987@mail.ru
